¿Por qué un BJT se considera "controlado por corriente"?

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Con los BJT, podemos controlar la corriente base usando Vin (del diagrama). ¿Por qué los libros de texto indican que los BJT están controlados por corriente cuando es obvio que cambiar el voltaje controla la corriente a través del colector?ingrese la descripción de la imagen aquí

Raj
fuente
¿podría publicar el jpg como png y usar la herramienta de imagen? ¿O dibujar el circuito con la herramienta de edición de circuitos?
Voltaje pico
77
Solo para complicar tu vida, un BJT no está controlado por la corriente. Vea aquí el conjunto completo de ecuaciones simplificadas del modelo Ebers-Moll de CC solamente (inyección, transporte e híbrido pi no lineal): electronics.stackexchange.com/questions/252197/…
jonk
1
Dios mío ... en circuitos como los representados en el dibujo, nadie está pensando en los modelos Ebers-Moll o Hybrid-pi. Tienes que estar haciendo AVLSI para preocuparte por esas cosas.
vicatcu
1
@Raj, elimine R1, y luego veremos que el interior de un BJT está controlado por Vbe. Pero ese enfoque de diseño es principalmente para diseños discretos de amplificador diferencial (como el interior de los amplificadores de audio modernos acoplados a CC). En cambio, podemos ignorar la física BJT interior y pretender que Ib determina Ic directamente , aunque realmente no lo hace. . Esto también evita tener que lidiar con funciones xfer no lineales producidas por uniones de diodos.
wbeaty

Respuestas:

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En el circuito anterior, Vin controla la corriente que va a la base, no la caída de voltaje a través de la base y el emisor del transistor.

La caída de voltaje en Vbe siempre estará alrededor de 0.7V para Vin> 0.7; el exceso de voltaje se caerá a través del R1.

Al cambiar Vin, en realidad estás controlando la corriente que va a la base según la ecuación:

IB=(Vin0.7V)/R1
mmize
fuente
44
Nitpick: la caída de voltaje a través de Vbe siempre estará alrededor de lo que dice la hoja de datos, que podría ser tan bajo como 0.3V para algunos BJT.
Dmitry Grigoryev
44
Lo que realmente sucede es lo siguiente: R1 realiza, junto con la ruta del emisor base, un divisor de voltaje. Y el voltaje de señal Vin provoca una caída de voltaje correspondiente a través de la ruta BE que controla la corriente del colector. Por lo tanto, NO es la corriente base Ib la que determina Ic. Todo lo contrario es cierto: Ib e Ic son causados ​​por Vbe.
LvW
3
La primera oración es falsa y la ecuación dada al final es una aproximación que ignora la dependencia logarítmica de en . Entonces, si bien es cierto que no cambia mucho, no es cierto que no cambie en absoluto. I B V B E = V T ln β I BVBEIB VBE
VBE=VTlnβIBIS
VBEVBE
Alfred Centauri
2
No estoy seguro de por qué esta respuesta es la mejor calificada. Es una buena estimación, pero no responde a la pregunta de los OP sobre por qué (o por qué no) está controlada actualmente.
efox29
1
@lvw se llama una fuente actual, que es lo que mmize describió. La corriente es fija. No es un divisor de voltaje porque vbe realmente no cambia en función de un cambio en vin, que es la definición de un divisor de voltaje.
Pirómano análogo
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Preámbulo

Comencemos con una pequeña digresión: ¿qué hace que un generador sea un generador de corriente en lugar de un generador de voltaje? Observe las características de VI: el que tenga un voltaje mayormente constante (casi horizontal en el plano IV) se llamará generador de voltaje, el que tenga una corriente mayoritariamente constante (casi horizontal en el plano VI) se llamará generador de corriente.

modelo de un generador de voltaje

modelo de un generador de corriente

(Fotografías tomadas del sitio web de Tutoriales de electrónica)

Esto se debe a que el 'acento' está en la cantidad constante (el voltaje o la corriente suministrada, mientras que la otra cantidad es variable dependiendo de la carga y el cumplimiento del generador). (Nota 1)

En un dispositivo controlado, el acento está en la cantidad variable. Dada la característica de entrada exponencial, que deja a Vbe casi constante, es la corriente que le gustaría ver como la variable de control. Esta es una consecuencia directa de la propagación de errores: cuando tiene una función pronunciada, un pequeño error en la cantidad casi constante x se convertirá en un error mucho mayor en la cantidad q, que varía ampliamente (y viceversa).

propagación de errores con una función empinada

Fotografía tomada de "Una introducción al análisis de errores", Taylor y distorsionada para ajustarse al propósito

La conclusión es que es más fácil distinguir entre 10 e 40 uA (relación 1 a 4) que separar 0,65 y 0,67 V (relación 1 a 1,03). (Nota para las mentes menos flexibles: al igual que los valores más extremos que usé antes de esta edición, estos son valores inventados para mostrar el contraste entre un cambio discernible en lo que desea ver como la variable de control, la corriente que ingresa a la base, y el débil cambio en el voltaje entre la base y el emisor).

Lo mas simple

Puede ver por qué eso se llama control de corriente al llevarlo al límite adoptando el modelo más simple para un BJT, como lo muestran Chua, Desoer y Kuh en sus "Circuitos lineales y no lineales": en las siguientes imágenes, todos los diodos son ideales ( el voltaje de umbral es cero, y también lo es la resistencia en serie; estos son circuitos perfectamente abiertos cuando están polarizados inversamente y cortos perfectos cuando están polarizados hacia adelante).

modelo lineal por partes más simple para el BJT

E0 agrega un voltaje de umbral a la característica de entrada, mientras que la acción del transistor se expresa mediante ic = beta * ib. Tenga en cuenta que el generador de corriente controlado por corriente. Aquí están las características de entrada y salida correspondientes.

características lineales por partes más simples para el BJT

Bastante simple, ¿verdad? Sin embargo, puede compararlos con características reales y ver que se parecen a ellos. Tan simple como es, este es un modelo legítimo y puede usarse para modelar circuitos donde, al cambiar ib (no puede cambiar Vbe en este modelo, ya que es fijo), cambia el valor de Ic. Puede ver cómo puede hacer un cambio ib intersectando la característica de entrada con la línea de carga de entrada

línea de carga en el circuito de entrada

Al cambiar E1 (no es parte de BJT), cambia ib (parte de BJT). Luego puede encontrar el valor de ic correspondiente a ese valor de ib, seleccionar la característica de salida correspondiente y encontrar el voltaje por intersección con la línea de carga de salida.

línea de carga en el circuito de salida

Alguien se subirá a su asiento gritando " ¿QUÉ? ¿Estás usando beta para diseñar un amplificador para ser puesto en producción mundial para aplicaciones nucleares de misión crítica? Además, ¿de dónde crees que viene la beta? Además, ¿no sabes esa beta? puede cambiar hasta un noventa y nueve mil millones por ciento con solo mirarlo "

El punto es que para un transistor dado tiene un valor beta razonablemente definido (puede medirlo de antemano, por lo que no importa si el lote de producción muestra una dispersión vergonzosa) y si no va demasiado lejos, puede ignorarlo razonablemente Su variación con los otros parámetros eléctricos. Tenga en cuenta que este es un modelo simplificado que no modela variaciones de beta con temperatura, corriente o incluso color de cabello; Es un modelo simplificado que capta la esencia de la acción del transistor, de la misma manera que el "hombre transistor" a veces vilipendiado de The Art of Electronics.

¿Puedes encontrar la frecuencia de corte del transistor de este modelo? No ¿Puedes explicar el efecto temprano con este modelo? No ¿Puede explicar la resistencia diferencial de la unión BE con este modelo? No ¿Puede explicar la producción de pares de carga debido a la radiación? No ¿Puede explicar la cuantización del segundo campo y la curvatura del espacio-tiempo? No

¿Significa esto que este modelo es completamente inútil? No El comportamiento extremadamente simplificado de este modelo muestra por qué muchos libros de texto afirman que los BJT están controlados actualmente. La característica de entrada real se asemeja a esa línea vertical donde solo puede variar ib, y no vbe, cuyo valor se considera fijo. (Y es por eso que hice esa digresión al comienzo de esta respuesta).

Es posible que desee comparar el modelo más simple para un Mosfet: la página 151 de Chua también tiene ese.

características MOSFET más simples

Como puede ver, la corriente de la puerta es fija (en cero para ser pedante), una condición dual a la que se muestra en el BJT: la característica de entrada VI es horizontal. El único control que tienes aquí es mediante vgs. ¿Significa esto que estamos negando la existencia del efecto túnel? No, esto es solo un modelo. Un modelo simplificado que, entre otras cosas, no considera la tunelización, pero aún logra mostrar por qué en un MOSFET usted actúa sobre el voltaje de la fuente de la puerta.

Hasta ahora hemos visto cómo la relación (simplificada) entre ib e ic puede verse como un control de ic mediante ib, a través de beta. Pero también podemos usar alfa, ¿por qué no? Permítanme citar, textualmente, otro libro de texto que considera los dispositivos controlados actuales de BJT: "Física cuántica de átomos, moléculas, sólidos, núcleos y partículas 2e", por Eisberg y Resnick, p. 474 (en la página 475 se muestra una configuración base común):

La idea básica de la acción del transistor es que una corriente en el circuito emisor controla una corriente en el circuito colector. Más del 90% de la corriente a través del emisor, por lo que las corrientes son de magnitud similar. Pero el voltaje a través del colector base puede ser mucho mayor que el de la conexión emisor-base, ya que el primero tiene polarización inversa, por lo que la salida de potencia en el circuito colector puede ser mucho mayor que la entrada de potencia en el circuito emisor . Por lo tanto, el transistor actúa como un amplificador de potencia.

¿Son estos dos caballeros ajenos al papel que juega la mecánica cuántica en la teoría de bandas de sólidos? ¿No han oído hablar de estadísticas cuánticas? ¿Saben siquiera qué es un agujero (sin mencionar el tempco)? ¿Podrían haber olvidado que la aplicación de voltajes podría modificar los perfiles de nivel de energía atribuidos a las bandas de valencia y conducción? No lo creo. Simplemente eligieron un modelo más simple para explicar cómo se puede interpretar la llamada acción del transistor.

El artista Bruno Munari dijo una vez: " Complicar es simple, simplificar es complicado ... Todos pueden complicar. Solo unos pocos pueden simplificar ". Entre otros, Chua, Desoer, Kuh, Eisberg y Resnick decidieron simplificar.

¿Quién juega en la base, primero?

Ahora, de vuelta a (casi) transistores reales. Estos son los primeros caracteres vbe que se me ocurrieron después de una búsqueda de imágenes en Google :

Características de vbe-ib

No sé si es real, pero parece plausible. Lo que hay que notar aquí es que cuando ib cambia mucho, en cientos de porcentajes, vbe cambia en cantidades relativamente pequeñas, solo un puñado de porcentajes. Esto se debe a la relación exponencial de la unión BE. Digamos que desea utilizar este BJT para producir 10 mA en días impares y 15 mA en días pares. Tienes un laboratorio alemán que mide la beta del transistor particular en tu mano y salió como 250 en el rango de interés. Digamos que tiene un generador de corriente y voltaje con una precisión del 10%.

Control actual : puede usar ic = beta ib para encontrar el valor de ib que debe establecer. Los valores nominales de 10 y 15 mA de ic requieren valores nominales de 40 e 60 uA para ib. Dada la precisión de su generador de corriente, esperará ver los siguientes rangos de corriente en entrada y salida:

ib = 36-44 uA -> ic = 9-11 mA ib = 54-66 uA -> ic = 13.5-16.5 mA

Control de voltaje : no cree en beta, por lo que debe especificar un voltaje que cree un vbe de ... Sí, ¿de qué? Vaya a leerlo en el gráfico anterior (pero luego tendrá que aceptar la terrible relación ic = beta ib). Supongo que tendrá que usar el modelo de Ebers-Moll para calcular los valores a los valores deseados para ic. Pero supongamos que determinamos que es precisamente 0,65 y 0,67 V (al igual que he usado un valor preciso para beta, arriba) Cuando intentamos establecer esos valores precisos, nuestro generador de precisión de 10% fabricado en China suministrará los siguientes rangos de voltaje

0.585 - 0.715 V -> volver a Ebers-Moll, para calcular ic, ... lástima que la incertidumbre se expondrá ...

0,603 - 0,737 V -> no, espera, antes de calcular ...

... parece que ya tenemos una superposición en los rangos de voltaje que estamos suministrando: es posible que no podamos distinguir los días pares de los impares.

Supongo que es mejor recurrir a la base actual como un medio para controlar la corriente del colector.

Con el control de corriente, incluso si permito un error del 10% en el valor medido de beta, todavía puedo (apenas, pero aún) distinguir los dos rangos de corriente (8.10-12.10 mA vs 12.15-18.15 mA) correspondientes a impar y aquellos dias.

Con el control de voltaje, si agrega un error del 10% en el valor de voltaje calculado (o leído en el diagrama) (y estoy siendo generoso ya que ese error se va a amplificar), ya está perdido en la incertidumbre. Esta es la teoría básica de propagación de errores.

Descanso

Esta publicación está tomando tiempo, volveré otra para agregar algo más. Permítanme abordar la cuestión de la guerra religiosa que pudieron haber presenciado. ¿Qué es todo eso?

Los transistores son dispositivos de estado sólido cuyo funcionamiento interno debe explicarse utilizando las leyes de la física cuántica. Dada la estructura de banda de los niveles de energía de los portadores eléctricos en sólidos, es natural recurrir a los niveles de energía para representar el funcionamiento interno de estos dispositivos. La energía y el potencial están estrechamente relacionados entre sí, por lo que la mayoría de los modelos tienden a expresar cantidades relevantes en función del potencial (diferencia) s. La razón por la que escribí

Nota: La dependencia de Vbe que se muestra en el modelo de Ebers-Moll no implica una relación causa-efecto. Es más simple escribir las ecuaciones de esa manera. Nadie te prohíbe usar funciones inversas.

es que el voltaje y la corriente también están estrechamente relacionados: son cantidades acopladas del tipo de flujo de esfuerzo, por lo que básicamente no se puede tener una sin la otra. Sin embargo, es un asunto delicado, y supongo que también se debe considerar lo que significa crear una diferencia de voltaje. ¿No se crea al desplazar cargas (por reacción electroquímica en una batería, por interacción electromagnética en un generador mecánico)? Sospecho que, al final, todos los dispositivos están básicamente controlados por la carga: mueve las cargas de aquí para allá y obtiene un cierto efecto.

Sospecho que los cruzados del 'control de voltaje' están asumiendo que la contraparte del 'control actual' ha aprendido electrónica en los libros de Forrest Mims y nunca ha visto un libro de física cuántica, estado sólido o dispositivos semiconductores. Parecen ignorar el significado de la variable de control como la variable que uno elige establecer para accionar un control. Espero que la cita de Eisberg & Resnick (dos físicos 'sólidos' si me permiten el juego de palabras) les muestre que este no es el caso.


Nota (1) Las curvas ideales del generador son solo eso: ideal. Trate de imaginar una transición de un generador de voltaje ideal a un generador de corriente ideal que pase por generadores de voltaje buenos, promedio y pésimos, luego generadores de corriente pésimos, promedio y buenos.

Sredni Vashtar
fuente
¡En su Nota, la primera oración es simplemente falsa! El modelo de Ebers-Moll no "implica" algo, sino que, de hecho, es una relación causa-efecto. Consulte el documento de patente de W. Shockleys. Tienes razón, siempre puedes crear funciones inversas (en papel), ¿y qué? ¿Crees que puedes intercambiar causa y efecto en el papel? Por cierto: ¿Alguna vez diseñó etapas de transistor (porque está mencionando algunos voltajes Vbe divertidos). ¿Está familiarizado con la degeneración del emisor (retroalimentación de VOLTAJE controlada por corriente)?
LvW
3
Creé esos valores para ejemplificar la diferencia entre tratar de establecer muuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuidad valores cercanos de Vbe y valores discernibles de Ib (también agregué en el comentario de edición que quería hacer esos valores más extremos). No quería perder el tiempo para encontrar valores plausibles, pero más tarde para aquellos que no tienen suficiente flexibilidad mental, agregaré una o dos imágenes. Como escribí anteriormente: intente controlar el BJT eliminando Rb y suministrando un voltaje puro a Vbe. Buena suerte. (Ah, por cierto: el modelo simplificado no se puede usar para explicar el voltaje temprano también).
Sredni Vashtar
Parece que has pasado por alto mi mención de la degeneración del emisor. Más que eso, ¿hablé de suministrar un "voltaje puro" a la base? Deberías tratar de ser justo. Como ha mencionado el efecto temprano. ¿Eres consciente de que la explicación de este efecto demuestra el control de voltaje? ¿Alguna vez has oído hablar del tempco -2mV / K? ¿Alguna vez has pensado en el significado de este valor?
LvW
1
Me gusta este comentario: la dependencia de Vbe que se muestra en el modelo de Ebers-Moll no implica una relación causa-efecto. Es más simple escribir las ecuaciones de esa manera. Nadie le prohíbe usar funciones inversas
jbord39
2
@LvW lo que hiciste técnicamente se llama "mutatio controversiae". Es una técnica bien conocida. Le sugiero que vuelva a leer mi publicación con más atención, especialmente la cita de Munari. Por cierto, con respecto al circuito en la pregunta (no otro, el que está en la pregunta), todavía no ha dicho qué valores de vbe establecería para producir 10 e 15 mA en la corriente del colector (y cómo planea configurarlos) ) ¿Porqué es eso?
Sredni Vashtar
5

En general, podría imaginarse que el BJT es una fuente de corriente controlada por corriente al encontrar el punto de polarización en una aplicación lineal (señal grande). IC=βIB

Es más útil pensar en ella como una fuente de corriente controlada por voltaje cuando se realiza un análisis de señal pequeña, como para un amplificador, utilizando el modo pi híbrido l.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Ninguno de los dos es particularmente útil cuando está evaluando aplicaciones de conmutación, ya que la corriente base será lo suficientemente alta como para que la corriente del colector esté determinada por el circuito externo y no por las características del transistor (la primera ayuda un poco a garantizar que exista esa condición).

Spehro Pefhany
fuente
Spehro Pefhany, con respecto a su primera oración: creo que, para la determinación del punto de sesgo, no debemos "en general" imaginar que el BJT estaría controlado actualmente. El método de polarización clásico que usa un divisor de voltaje en el nodo base ciertamente se basa en la vista de control de voltaje.
LvW
@LvW Si considera que Vbe está fijo en 0.6 o 0.7V y evalúa la caída de voltaje del divisor basado en Ic y , obtendrá la respuesta correcta, lo suficientemente cerca para la mayoría de los propósitos. β
Spehro Pefhany
1
Art of Electronics II profundiza en este tema, dando ejemplos de fallas de diseño causadas por "el hfe-think" enseñado por la mayoría de los otros textos. El problema principal es la variabilidad de hfe entre los transistores y en un amplio rango de temperaturas. Confiar en hfe está bien para diseños de aficionados únicos que permanecen a 20 ° C. Pero en un producto producido en masa con HFE del transistor entre 80-300, y el rango de temperatura de la automoción, la mayoría se fallará a menos efectos HFE se pueden eliminar (quitar usando basada en la filosofía de diseño de voltaje común a las entrañas del op-amp.)
wbeaty
@wbeaty: ¿qué pasa con la cruzada de física de BJT? El OP preguntó por qué se considera un dispositivo controlado por corriente, no DEBE considerarse un dispositivo controlado por corriente. Además, la respuesta menciona que esto es para análisis de señales grandes.
jbord39
@wbeaty No es raro especificar el bin beta más de cerca en la producción en volumen. Por ejemplo, C1815Y (era muy popular en los diseños japoneses) tiene un rango de 120-240.
Spehro Pefhany
4

Un BJT no está controlado por la corriente, pero, para una aproximación útil, se comporta de esa manera. Bajo modelos más precisos del BJT, como Ebers-Moll , la corriente del colector no es una función de la corriente base sino del voltaje base ( ).VBE

Kaz
fuente
1
Es una aproximación tan útil que cualquier hoja de datos de BJT que alguna vez veas caracterizará la beta.
vicatcu
1
Sí, se especifica beta. Y qué ? De este hecho, ¿realmente deduce que el BJT estaría controlado por la corriente base? ¿O tienes otros argumentos? Yo dudo.
LvW
2
Los dispositivos @vicatcu se pueden caracterizar de muchas maneras, incluidos los parámetros que son ficticios o las funciones de otros parámetros más primarios.
Kaz
77
@Kaz: Creo que está mal decir que un BJT no está controlado por corriente solo porque la corriente base puede expresarse en función del voltaje del emisor base. En realidad, está controlado por corriente porque físicamente la corriente base importa. De lo contrario, también se podría decir un BJT tiene una temperatura controlada en lugar de corriente controlada ...
Cuajada
1
> ... caracterizará beta. Sí, ¡garantizan que el valor de hfe cae entre 80 y 300!
wbeaty
4

Otras respuestas han expresado opiniones sobre si el BJT es controlado por voltaje o controlado por corriente o ambos. En mi respuesta, deseo abordar en su lugar esto:

cuando es obvio que cambiar el voltaje controla la corriente a través del colector?

Considere el siguiente circuito alternativo:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

¿No es obvio que

IC=βDCIB

y

ic=βacib

y así que la corriente base controla la corriente a través del colector?

IBVBEVBEIB

Entonces no , no es obvio , por su ejemplo, que el BJT está controlado por voltaje.


vBEiB

ingrese la descripción de la imagen aquí

Del mismo modo, se puede confirmar que se puede controlar la corriente del colector controlando el voltaje del emisor base con una fuente de voltaje.

En cualquier caso, un par de usuarios han expresado firmemente su posición de que la corriente del colector BJT está claramente controlada por voltaje y que sugerir lo contrario está más allá de lo normal.

Ha pasado un tiempo desde que estudié física en estado sólido, así que decidí consultar mi biblioteca de libros de texto EE. El primer libro de texto que saqué del estante es " Dispositivos electrónicos de estado sólido ", 3ª ed.

Aquí hay una cita extensa de la sección 7.2.2:

iCiB

iCiEiBiC

iB

τtWbLpτp

τpτpτtτpτt

iCiB=β=τpτt

γ=1

(iB)iB

Ahora estoy casi seguro de que aquellos que están firmemente en el campo de control de voltaje interpretarán esto como una confirmación de su posición al igual que aquellos que están firmemente en el campo de control actual. Así que lo dejaré así. Que empiecen los ladridos ...

Alfred Centauri
fuente
1
Están confundiendo la "mentalidad superior para un diseño analógico adecuado considerando las variaciones del proceso" con "formas razonables de pensar sobre las cosas"
jbord39
3

VinIBIB=Vin/R1IC=βIB

VinICR1R1Vin

Quizás un ejemplo lo explicaría mejor. Imagine que conduzco un automóvil, y su velocidad depende de qué tan fuerte empuje el acelerador y por cuánto tiempo. Pero no quiero recibir multas, por lo que siempre respeto los límites de velocidad. Ahora vienes y dices:

¿Por qué dicen que los autos están controlados por el acelerador, cuando en realidad su velocidad depende de objetos metálicos planos con números pintados en ellos?

Entonces, lo que usted dice es cierto en este caso en particular, pero eso no cambia el hecho de que a los automóviles no les importan en lo más mínimo los objetos metálicos planos en su entorno.

Dmitry Grigoryev
fuente
entonces R1 está variando, dices
Raj
La caída de voltaje en la base es típicamente 0.6-0.7V
vicatcu
2
R1 es externo al BJT, digo.
Dmitry Grigoryev
@vicatcu Yo diría que es típicamente 0.3-0.7V, y sí, eso es lo que llamo pequeño por simplicidad.
Dmitry Grigoryev
1
@horta Traté de hacer mi cita más amigable internacionalmente.
Dmitry Grigoryev
2

Si convirtieras a Vin en una constante y R1 en una variable, ¿dirías que los BJT son dispositivos controlados por resistencia?

En su configuración, parece tener control de un voltaje y observar que puede afectar la corriente del colector. Es razonable usar esto como prueba de que la corriente de este circuito está controlada por voltaje, pero no es razonable decir que esto significa que todos los BJT están controlados por voltaje.

Debe hacer una distinción entre todo el sistema y un componente en el sistema, incluso cuando es el componente más interesante o incluso el único aspecto interesante.


fuente
1
Con respecto al problema del control, es importante distinguir entre (1) el transistor "desnudo" (dispositivo de transconductancia controlado por voltaje) y (2) un circuito de trabajo, que consiste en el BJT y las resistencias circundantes. Tal circuito puede (puede, pero no necesariamente) verse como controlado por corriente. Este es el caso cuando en el ejemplo anterior la resistencia en serie R1 es muy grande si se compara con la resistencia de entrada de los transistores en el nodo base.
LvW
2

Creo que tiene sentido llamar a una corriente BJT controlada cuando se compara con el MOSFET.

El MOSFET tiene una compuerta, y cuanto mayor sea el voltaje en la compuerta (que esencialmente no consume corriente), mayor será la conductancia del drenaje-> fuente. Entonces, este es un dispositivo controlado por voltaje.

Alternativamente,

Un BJT tiene una base. Cuanto mayor sea la conductancia del colector al emisor, mayor será la corriente base.

Como un ejemplo práctico que realmente destaca la diferencia:

  • Memoria flash

Esta topología de memoria es imposible de implementar con BJT, porque se requiere una corriente base constante para la conducción. En un MOSFET, las cargas se pueden inyectar en una puerta aislada. Si se inyectan, permanecerán allí y mantendrán el MOSFET funcionando todo el tiempo. Esta conductancia (o falta de ella, si no se inyectaron cargas) se detecta y se usa para leer el estado de bit almacenado.

jbord39
fuente
Lo sentimos, esta no es una descripción correcta del principio de funcionamiento del BJT. ¿Alguna vez has oído hablar de la ecuación exponencial de Shockley Ic = f (Vbe)? ¿Sabe que la transconductancia gm = d (Ic) / d (Vbe) es el parámetro clave para el proceso de amplificación? ¿Sabe que dos transistores diferentes con valores beta diferentes (100 y 200) proporcionarán la misma ganancia de voltaje (corriente de reposo idéntica Ic)?
LvW
@LvW Creo que el punto que jbord39 está haciendo es que no se puede tener voltaje sin corriente y viceversa. Por lo tanto, según la definición más estricta, nada puede ser realmente un dispositivo controlado por corriente o voltaje (solo). Por lo tanto, él / ella está tratando de responder a la pregunta de por qué los libros de texto incluso se molestan en hacer la distinción. La salida de un BJT depende en gran medida de la corriente de entrada a diferencia de un MOSFET, lo que supongo que los libros de texto afirman que ciertos dispositivos están controlados por corriente o voltaje (cuando en realidad ese nunca es el caso).
horta
horta, simplemente no es cierto que la salida de BJT sea "muy dependiente de la corriente de entrada". Cada libro confiable (!!!) y páginas de inicio de las principales universidades de EE. UU. Pueden decirle lo contrario. Nadie niega que exista una corriente base, pero puede verse simplemente como una "molestia o un defecto" (como lo mencionó el conocido especialista en BJT Barrie Gilbert).
LvW
@LvW: Además de eso, su pregunta no es "¿Se controla una corriente BJT?", Sino " ¿Por qué se considera una BJT controlada por corriente?".
jbord39
3
@LvW electronics.stackexchange.com/questions/201533/… Dado que el voltaje y la corriente en los dispositivos no existen sin el otro, no se puede decir que el BJT sea realmente un dispositivo controlado por voltaje. Incluso el modelo de Ebers-Moll no es más que un modelo (una aproximación que los humanos usan para abstraer detalles desordenados del mundo real).
horta
1

Hasta ahora, cuento 10 respuestas y muchos comentarios. Y nuevamente, he aprendido que la cuestión de si el BJT está controlado por voltaje o corriente parece ser una cuestión de religión. Me temo que el interrogador (" ¿Por qué los libros de texto afirman que los BJT están controlados por la corriente ") se confundirá debido a tantas respuestas diferentes. Algunos son correctos y otros están totalmente equivocados. Por lo tanto, en interés del interlocutor, me gusta resumir y aclarar la situación.

1) Lo que nunca entenderé es el siguiente fenómeno: no hay una sola prueba de que la corriente de colector Ic de un BJT esté controlada / determinada por la corriente base Ib. Sin embargo, todavía hay algunos tipos (¡incluso ingenieros!) Que repiten una y otra vez que el BJT, en su opinión, estaría controlado por la corriente. Pero solo repiten esta afirmación sin ninguna prueba, no es de extrañar, porque no hay prueba ni verificación.

La única "justificación" es siempre la relación simple Ic = beta x Ib. Pero tal ecuación nunca puede decirnos nada sobre causa y efecto. Más que eso, olvidan / ignoran cómo se originó originalmente esta ecuación: Ic = alfa x Ie e Ie = Ic + Ib. Por lo tanto, Ib es solo una parte (pequeña) de Ie, nada más. (Barrie Gilbert: La corriente base es solo un "defecto").

2) En contraste, hay muchos efectos observables y propiedades de ciruit que muestran y prueban claramente que el BJT está controlado por voltaje. Creo que todos los que saben cómo funciona un simple diodo pn también deberían reconocer qué es un voltaje de difusión y cómo un VOLTAJE externo puede reducir el efecto barrera de esta propiedad fundamental de la unión pn.

Debemos aplicar un VOLTAJE adecuado en los terminales correspondientes para permitir que una corriente atraviese la zona de agotamiento. ¡Este voltaje (resp. El campo eléctrico correspondiente) es la única cantidad que entrega la fuerza para el movimiento del portador cargado, que llamamos corriente! ¿Hay alguna razón por la cual la unión pn del emisor base debería comportarse de manera completamente diferente (y NO reaccione al voltaje)?

A pedido, puedo enumerar al menos 10 efectos y propiedades de circuito que pueden explicarse únicamente con el control de voltaje. ¿Por qué estas observaciones son tan a menudo ignoradas?

3) El interlocutor ha presentado un circuito que merece un comentario adicional. Sabemos que un amplificador operacional (indudablemente impulsado por voltaje) puede conectarse como un amplificador de corriente de entrada-salida (amplificador de transresistencia). Eso significa: Siempre tenemos que distinguir entre las propiedades de la unidad amplificadora "desnuda" y un circuito completo con partes adicionales.

Para el presente caso, esto significa que: La BJT como una parte independiente es voltaje impulsado - sin embargo, la visualización de todo el circuito (con una resistencia R1) que podemos tratamos la disposición completa como circuito accionado actual si R1 es mucho mayor que la resistencia de entrada de la ruta BE. En este caso, tenemos un divisor de voltaje impulsado por el voltaje Vin.

LvW
fuente
1
Por supuesto, no es una religión, sino física / ingenieros versus las creencias incorrectas que se enseñan en la escuela primaria. Se supone que debemos renunciar a esos modelos simples cuando alcanzamos niveles más altos (EE. UU. De pregrado). Los amplificadores diferenciales no pueden explicarse por modelos basados ​​en hfe. Tampoco los espejos actuales. Tampoco los amplificadores cascode. IMPORTANTE: si cree que ib controla Ic, entonces para usted los amplificadores de audio modernos estarán siempre detrás de una barrera de confusión e ignorancia, ya que los circuitos de audio acoplados a CC utilizan diseños BJT basados ​​en voltaje donde hfe es irrelevante. Situación similar: mire el interior del TL071, etc.
wbeaty
1
@wbeaty: lo ridículo es que estoy de acuerdo con LvW y contigo, en cómo funciona BJT. Sin embargo, todavía puedo entender que el BJT requiere corriente para funcionar. Además, siento que la dicotomía VI es solo una dualidad en este caso, como se muestra al tomar el registro natural de la ecuación del diodo shockley. Pero, supongo que dos pensamientos ligeramente opuestos son demasiado para tu cabeza (¡con toda esa teoría empaquetada allí!)
jbord39
2
Sospecho que gran parte del debate aquí depende de lo que se entiende por control . Dado que una simple simulación SPICE confirmará que uno puede controlar la corriente del colector controlando la corriente base, la afirmación "la corriente del colector está controlada por la corriente base" es indiscutiblemente cierta en ese sentido. Si, como parece ser LvW y wbeaty, uno elige insistir en que tal afirmación es falsa en algún sentido, simplemente señalaré
Alfred Centauri
1
@LvW, estoy decepcionado, aunque no del todo sorprendido, por su muy débil respuesta.
Alfred Centauri
1
@LvW: entonces estás más allá del razonamiento. el modelo con el que te has casado es solo eso: un modelo. progresivamente surgen modelos más complejos a medida que realizamos interacciones más profundas. la ecuación del diodo shockley se basa en otra fórmula exponencial empírica, a saber, la ecuación de Arrhenius. Esto no tiene en cuenta el micro nivel de la mecánica cuántica, pero da resultados muy predecibles (estadísticas). Por desgracia, es solo un modelo. Los físicos ni siquiera pueden ponerse de acuerdo sobre si la energía se almacena en un campo; Usted afirma tener una comprensión completa de la unión pn es bastante ridículo.
jbord39
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Implícitamente, dos preguntas:
1. por qué puede considerarse "controlado por corriente", y
2. por qué es conveniente considerar un BJT "controlado por corriente".

VBCIE

VBEIBVBEVBCVECIBcasi linealmente Eso es todo.

Incnis Mrsi
fuente
-1

IC=βIBβIBIC

El voltaje base (es decir, el voltaje medido en el terminal base con respecto a GND) es en realidad más o menos una constante (al menos en saturación), como característica de una caída de voltaje directo del diodo.

vicatcu
fuente
¿Cómo se cambia la corriente base?
Raj
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Es interesante: una respuesta incorrecta obtiene un punto. ¿Quizás, porque la respuesta fue tan simple? ("Creo que es mucho más interesante vivir sin saber que tener respuestas que podrían estar equivocadas". R. Feynman).
LvW
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vicatcu: ¿estás seguro de que tienes razón? ¿Eres consciente de que estás completamente equivocado? El parámetro clave para la amplificación es la transconductancia gm, que es la PENDIENTE de la curva exponencial Ic = f (Vbe). ¿Qué te hace pensar que Vbe es una constante? Mi recomendación: consulte un libro de texto confiable antes de dar respuestas falsas.
LvW
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@vicatcu mal. La física muestra claramente que Ie (e Ic) está controlado por la barrera potencial de la unión BE, y NO por la corriente base. Sin embargo, la corriente base y el potencial BE están unidos entre sí por la ecuación del diodo. En pocas palabras, la corriente base controla Vbe, y luego Vbe controla directamente Ie (y, por lo tanto, Ic.) En otras palabras, la ecuación de ganancia de corriente no es física fundamental, ya que no existe un mecanismo en el que Ib pueda afectar directamente a Ie o Ic. Ib tiene control indirecto de Ic (a través de variaciones de Vbe), por lo que "hfe" es un concepto muy útil. Pero hfe no es la física fundamental de BJT.
wbeaty
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En pocas palabras, en el circuito desde el OP, es muy probable que la fuente de voltaje tenga una salida de 0 / 5v de un controlador, y la resistencia se selecciona para establecer la corriente base, no el voltaje base. Nadie está impugnando la física fundamental de un BJT, es solo una construcción práctica de aplicación específica del contexto.
vicatcu